垫块结构PELE对混凝土靶侵彻的数值模拟

为了研究垫块结构PELE对混凝土靶的侵彻效果,采用数值模拟方法对不同尺寸和斜角的垫块结构PELE侵彻混凝土靶板过程进行数值模拟,对比各方案侵彻靶板后的开孔半径和剩余速度。结果表明,增加垫块结构后,PELE的侵彻效果相对0厚度即没有垫块时明显提高,在着速和垫块长度相同的条件下,垫块斜角越小产生孔径越大,厚度值较大的垫块相对较小的垫块剩余速度大,此结果可为新型PELE的设计提供一定的参考。

PELE弹侵彻钢筋混凝土扩孔尺寸研究

为了研究横向效应弹(PELE)中不同侵彻速度、壳体刻槽长度和塞块厚度等因素对钢筋混凝土靶横向效应的影响,采用LS-DYNA有限元仿真软件,对PELE弹丸侵彻钢筋混凝土靶进行数值计算。通过正交优化分析不同结构的PELE对钢筋混凝土靶侵彻破坏效应的影响,并对该仿真结果进行试验验证其正确性。结果表明:当弹体侵彻速度为900 m/s、刻槽长度为80 mm和塞块厚度为10 mm时,钢筋混凝土靶破坏的通孔尺寸最大为564.3 mm,PELE弹丸的横向效果最佳。同时在壳体表面进行刻槽,可以降低壳体结构的强度,使得弹体中部能够快速膨胀,提高弹体对靶板的扩孔效应,壳体刻槽长度是PELE弹丸对钢筋混凝土靶通孔直径D的主要影响因素,塞块厚度次之,弹体侵彻速度最小。

PELE弹侵彻过程壳体膨胀破裂的数值模拟

采用AUTODYN-3D和基于Mott破片分布理论的Stochastic随机破碎模型对横向增强效应弹丸(PELE)侵彻过程钢壳体膨胀过程进行了三维数值模拟,对比分析了旋转和着角两因素对弹丸侵彻铝靶时壳体破裂产生自然破片的影响,得到了破片数量质量分布及径向速度梯度等变化规律。

PELE垂直侵彻薄靶的机理分析

PELE(横向效应增强型侵彻体)撞击靶板能够产生明显的横向效应,横向效应的强弱受多种因素的影响。通过改变PELE的外壳材料、弹芯材料及着靶速度,对PELE垂直侵彻薄靶进行了实验研究。基于实验结果,对PELE侵彻靶板的过程进行了受力分析,阐明了横向效应产生的机理,建立了破片轴向剩余速度和径向速度的理论模型,模型计算结果与实验结果吻合较好。理论分析和实验结果表明,外壳材料的压拉强度比、弹芯材料的泊松比和弹性模量以及着靶速度等对PELE横向效应影响显著。本研究对PELE的设计和改进有一定的参考价值。

着靶速度对PELE横向效应的影响

为了分析弹丸着靶速度与PELE横向效应之间的关系,在弹靶系统一定的条件下,就不同弹丸着速对PELE横向效应的影响进行了试验.试验结果表明,着速与破片的数量和覆盖面积有很大关系.在400～900m/s范围内,随弹丸着速的提高,PELE在穿透靶板后,破片数量增多,覆盖面积增大,横向效应增强.结合试验,对PELE弹侵彻靶板进行了数值仿真,仿真结果与试验结果吻合较好.在进一步分析时发现,着速增至900m/s左右时,破片横向速度降低,着速增至1100m/s左右时跌至最低,而后又逐渐回升.

不同内核材料PELE弹丸对多层靶穿甲实验研究

为确定内核材料对PELE弹丸横向效应的影响,进行了内装聚乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯材料的横向效应弹丸(PELE)对4层间隔靶的侵彻试验,获得了不同方案PELE弹对主靶的穿孔孔径、间隔后效靶面的破片分布.实验结果表明,聚四氟乙烯作内核材料的PELE弹穿靶后形成的破片数和飞散角明显大于其它材料;PELE弹穿靶后形成的破片飞散角在主靶有一定斜置角时增大.

钨合金壳体PELE的侵彻膨胀效应数值模拟

采用AUTODYN-2D软件对内核材料为高密度聚乙烯、Kevlar-Epoxy、Glass-Epoxy、尼龙、铝、铜的钨壳体PELE弹丸以不同速度侵彻厚50mm的铝靶过程进行了数值模拟。得到了装填不同内核材料PELE弹丸的横向效应随着速变化的规律。铝、高密度聚乙烯以及尼龙作为内核材料均有良好的横向效应,壳体有效破碎段长度可根据弹丸发射速度调节。研究结果为PELE弹药设计的材料、速度选取提供了参考。

壳体切缝的结构参数对PELE横向效应的影响

为了研究壳体切缝结构参数(切缝的周向个数N、径向深度H和轴向长度L)对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶开孔尺寸的影响,利用数值仿真方法对具有不同壳体切缝结构参数的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行正交优化分析,通过定义横向效应贡献值对弹丸轴向动能转化为钢筋混凝土靶因壳体膨胀破坏损失的能量进行研究。结果表明,壳体切缝参数为N=8、H=5.5 mm、L=150 mm时,钢筋混凝土靶破坏的开孔尺寸最大为409 mm,横向效应贡献值最大,并且PELE的横向效应效果最佳。同时,壳体切缝结构参数对PELE横向效应的影响程度:L最大,N次之,H最小。

PELE斜侵彻有限厚靶板数值模拟

针对PELE斜侵彻均质靶板问题,在AUTODYN-3D平台下用数值模拟方法研究了斜侵彻下着角和其它参数对PELE破片杀伤和穿甲双重终点效应的影响.结果表明,在PELE能够贯穿靶板前提下,着角越大,产生的横向效应越明显,且轴向速度呈下降趋势.得到了斜侵彻情况下靶板厚度、靶板材料和弹着速对PELE终点效应的影响规律,以及当着角改变时,靶板厚度、靶板材料和弹着速对PELE终点效应的敏感度变化规律.

转速和着速对PELE横向效应的影响

采用AUTODYN-3D软件对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻金属靶板的过程进行数值模拟。通过分析不同转速和着速下PELE弹丸的剩余速度、靶板扩孔直径、破片的质量-数量分布和破片飞散角情况,得到PELE弹丸的横向效应随转速和着速的变化规律。研究结果为PELE弹药转速和着速的设计提供参考。

装填材料对PELE侵彻混凝土效能影响研究

为研究惰性装填物对PELE侵彻混凝土靶板效能影响,利用有限元软件LS-DYNA对不同惰性装填物的PELE侵彻混凝土靶板进行数值模拟。结果表明:与PELE侵彻混凝土靶板相比钢靶的形成破片质量较大、速度较慢;不同装填物对靶板的破坏效能不同;尼龙装填物比橡胶对靶板破坏的面积大,破片数量多。通过实验验证了模拟结果的正确性和可靠性。

弹丸转速对PELE侵彻钢筋混凝土靶横向效应的影响

为了研究弹丸转速对横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻钢筋混凝土靶横向效应的影响,运用ANSYS/LS-DYNA软件在着靶速度600、700和800m/s条件下,对具有不同转速的PELE侵彻钢筋混凝土靶进行数值模拟,并通过试验方法对不同着靶条件下的仿真模型进行验证。结果表明,开孔尺寸的数值模拟结果与实验结果之间的误差小于5%,仿真模型能够准确模拟PELE侵彻钢筋混凝土靶的过程;随着转速的不断提高,损失更多的转速动能转化为钢筋混凝土靶开孔破坏所需的能量,使钢筋混凝土靶的开孔尺寸增大;在同一着靶速度下,转速从10 000r/min提高至25 000r/min,开孔尺寸提高了约(8±2)%。因此,在同一着靶速度下,增加弹丸转速有利于提高PELE对钢筋混凝土靶的开孔尺寸。

半预制破片PELE弹丸效能的数值分析

为研究壳体刻槽长度和深度对半预制破片PELE弹丸效能的影响,对5种不同刻槽长度和不同深度的PELE弹丸侵彻4340钢质靶板的过程进行数值分析。结果表明:半预制破片PELE弹丸比普通PELE弹丸的后效毁伤性能有显著提高;不同刻槽长度的半预制破片PELE弹丸,随刻槽长度的增加,形成破片的最大径向速度变化较小,破片数量减少,形成破片的大小、质量逐渐增加,动能增大,毁伤性能增强;随着刻槽深度的增加,形成破片的最大径向速度显著增加,破片数量增多,但破片的大小、质量逐渐减小,动能减小,毁伤性能降低。

PELE弹丸靶后破片尺寸分布研究

横向效应增强型弹丸(PELE)靶后毁伤效果与穿靶后形成的破片数量及大小密切相关。依据Mott-Grady破碎理论和PELE弹丸壳体膨胀过程假设,提出了弹丸壳体破片尺寸分布范围的理论分析方法,并通过实验回收弹体破片尺寸的统计分析,验证了理论分析方法的合理性。理论与实验研究表明,PELE弹丸壳体破片尺寸分布与壳体材料密度、破碎耗能、临界破碎应变、应变率等因素相关;破片的环向宽度和数量受内芯材料的影响较大,存在随着内芯材料的密度和弹性模量的增加前端破片环向宽度减小,数量增多,径向飞散速度变大的规律;但从实验结果看,外壳破片轴向长度则受内芯材料的影响较小,主要与弹靶碰撞速度相关。

结构参数对半预制破片PELE弹丸毁伤性能的影响

为了研究V型槽刻槽角度(θ)、刻槽长度(L)和刻槽深度(H)对半预制破片PELE(HF-PELE)弹丸毁伤性能的影响,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件数值模拟了HF-PELE弹丸侵彻4340均质钢靶过程。在分析V型槽刻槽角度对HF-PELE弹丸毁伤性能影响的基础上,以V型槽θ、L、H为变量,以破片径向速度为目标函数值,应用正交优化获得了HF-PELE弹丸V型槽结构参数的最优组合:θ=40°、L=8 mm、H=3.5 mm,此时,弹丸的破片最大径向速度最高,为161.82 m·s-1。结果表明:在HF-PELE弹丸结构参数中,H对破片的最大径向速度影响最大,θ次之,L最小。

半预制破片PELE弹丸对武装直升机毁伤效能

为研究半预制破片PELE弹丸对武装直升机的毁伤效能,选取代表性的阿帕奇武装直升机为研究对象,建立了阿帕奇武装直升机关键部件驾驶舱和发动机舱的等效模型,在此基础上应用ANSYS/LS-DYNA就半预制破片PELE弹丸对阿帕奇武装直升机的毁伤效能进行了数值分析。结果表明:半预制破片PELE弹丸能有效穿透阿帕奇武装直升机的防护装甲,在穿透防护靶后弹丸壳体大面积碎裂,产生大量具有较高轴向剩余速度和一定径向飞散速度的破片,形成一个大面积的破片场,这些破片及弹丸剩余部分可对武装直升机内部人员及仪器设备造成有效毁伤,极大地增强了PELE弹丸的毁伤效能。

集束钨丝壳体材料特性参数对PELE作用性能影响的数值模拟

为克服目前普遍采用的钨合金壳体横向效应增强型侵彻体（PELE）侵彻能力不足、靶后破片形状与数量不可控、横向毁伤效果不理想等不足,采用集束钨丝制作PELE壳体,并对其穿甲过程进行了数值模拟。与钨合金壳体PELE的作用效果进行对比,发现集束钨丝壳体PELE的侵彻能力和横向毁伤性能均优于钨合金壳体PELE;在本研究所采用PELE结构条件下,钨丝直径取0.5～1 mm、体积分数取40%～60%、粘结相选用镍铁合金时,集束钨丝壳体PELE综合毁伤能力较好。

壳体和内芯的材料特性对PELE侵彻后效的影响

为确定PELE的壳体材料和内芯材料对侵彻后效的影响因素,在30 mm弹道炮上发射不同材料的钢壳体和惰性内芯材料组成的PELE对固定靶板进行撞击实验.实验结果表明:实验速度范围内,提高着速能够增大破片的数量和飞散角,破片飞散角比破片数量对着速更"敏感";钢壳体的屈服强度越大或剪切模量越小,PELE的侵彻后效越好;内芯材料的剪切模量是侵彻后效的主要影响因素之一,而不是密度;实验中的最佳匹配关系是壳体为D 60、内芯为PE.这些结论为小口径PELE的设计和应用提供了重要依据.

爆炸成型PELE形成影响因素的数值模拟研究

为研究爆炸成型横向效应增强型侵彻体(爆炸成型PELE)的形成规律,基于一种中心点起爆的包覆式复合药型罩战斗部结构,采用AUTODYN数值模拟软件计算爆炸成型PELE形成过程;运用图像处理技术,提取侵彻体形成后的边界并计算出密实度作为衡量侵彻体形成优劣的评价依据,获得了药型罩材料、结构以及装药长径比对爆炸成型PELE形成性能的影响规律.结果表明,在中心点起爆条件下,采用变壁厚结构铁外罩、等壁厚结构铝内罩组合方式,内外罩顶厚度比为2:3、装药长径比为0.5时,可获得密实度较高的爆炸成型PELE,其结构参数为:外罩内、外曲率半径分别为1.00 D和1.15 D,外罩顶厚度为0.06 D,内罩内、外曲率半径均为0.42 D,内罩顶厚度为0.04 D.

着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响研究

为了探究着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土靶扩孔效应的影响规律,建立了PELE侵彻钢筋混凝土靶的仿真模型,并且利用侵彻试验结果对仿真模型的准确性进行验证。在0~75°着靶角度范围内,从壳体变形模式、靶板扩孔直径等角度开展了PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响规律与机理研究。研究结果表明:在0~30°着靶角度内,靶板的扩孔尺寸随着角度增大而增大,最大约为4.4倍弹径,并且PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功增多;随着着靶角度进一步增大,靶板的扩孔尺寸反而减小,PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功也随之减少。此研究规律可对侵彻毁伤评估、新型动能武器系统设计提供技术支持和理论依据,并可用于指导钢筋混凝土防御工事设计。